BLOG

Yapay zekâ destekli cihazlarla pnömatik fanların enerji tüketimlerinin azaltılması

20 Şubat 20248 dk okuma

Dr. Nihat Çankaya
Necmettin Erbakan Üniversitesi
Meram Meslek Yüksekokulu
Gıda İşleme Bölümü



Bu çalışmada, Ova Un fabrikasında bulunan ve toplamda 592kW güç çeken 6 adet 110kW pnömatik fana yapay zekâ tabanlı JETMASTER Fan Kontrol Sistemi kurularak sistem performansı incelenmiştir. Çalışma sonucunda, çekilen toplam gücün %25 oranında azalarak 444kW değerine indiği, pnömatik borularda meydana gelen tıkanmaların ise önemli oranda azaldığı gözlemlenmiştir. [1]

PNÖMATİK FAN

Değirmenlerde mamulün taşınması hava ile yapılmaktadır. Pnömatik taşıma sistemi olarak adlandırılan bu sistemlerde basınç ya da vakum (emiş) tercih edilebilmektedir. Değirmen öğütme ünitesinde kullanılan pnömatik fan sistemi vakumla taşıma yapılan sistemler için en yaygın örnektir.  Burada ihtiyaç duyulan vakum bir pnömatik fan ile elde edilmektedir. Uzak mesafelere toz taşınması gerektiğinde ise daha çok basınçlı taşıma sistemleri kullanılmaktadır.  Burada ihtiyaç duyulan basınçlı hava bir blower ile elde edilmektedir. 

Un değirmenlerinde her iki sistem de yaygın olarak kullanılmaktadır. Vakum ile taşıma basınç ile taşımaya nazaran daha fazla enerji tüketmektedir. Çalışma ortamında toz istenmiyorsa vakum ile taşıma yapılmalıdır. Taşınan materyalin içeriğinin zararlı olması halinde ise vakum ile taşımanın kullanılması zorunluluktur. Basınçla taşıma, seyreltik ya da yoğun faz sistemler olarak ikiye ayrılmaktadır. Havanın içerisinde az miktarda ürünün bulunduğu seyreltik faz taşıma sistemleri; un, irmik ve kepek taşımasında yaygın olarak kullanılır. Hava ürün karışımında ürün oranının daha fazla olduğu yoğun faz taşıma istemleri ise değirmenlerde kullanılmamaktadır. Bu sistemler, şeker gibi yüksek hızda taşınması mümkün olmayan hammaddelerin taşınmasında tercih edilmektedir. 

Un sektöründe, 2.000mmSS değerine kadar olan ihtiyaçlar fan, 10.000mmSS değerine kadar ihtiyaçlar blower, daha yüksek değerlerde basınç ihtiyaçları ise kompresör kullanılarak elde edilir. Değirmende valslerden çıkan ürünü alıp en üst kattaki siklonlara taşıyan ana fanlara ‘pnömatik fan’ denilmektedir. 

PNÖMATİK FANLARIN ENERJİ TÜKETİMLERİ 

Pnömatik fanlar, un fabrikalarında tek başlarına en fazla elektrik harcayan ekipmanlardır. Pnömatik fanların un değirmeni enerji tüketimindeki payı %20 civarındadır. Birkaç adet pnömatik motorun tükettiği bu güç diğer yüzlerce motorla karşılaştırıldığında oldukça yüksektir. Pnömatik fanlar genel olarak ihtiyacın bir miktar üzerinde tasarlanır ve çalıştırılırlar. Pnömatik fanlarda oluşan kapasite yersizliği hemen fark edilmektedir. Kapasitesi yetersiz kaldığında, borularda tıkanmalar olmakta ve tonaj kayıpları yaşanmaktadır. Kapasite fazlası olan fanlarda ise bu fazlalığın değerini anlamak kolay değildir. Bir tesiste aşırı tüketimin varlığı sektör ortalamaları dikkate alınarak analiz edilebilir. Bunun için un sektörüne ait spesifik enerji tüketim değerine bakmak gerekmektedir. 

Un sektörü için spesifik enerji tüketim değeri, bir ton kirli buğdayın kırılması için harcanan elektrik enerjisidir. Enerji hesabında, buğdayın kamyondan döküldüğü andan, un olarak kamyona geri yüklendiği ana kadar geçtiği tüm süreçlerde harcanan elektrik enerjisi dikkate alınır. Eğer tesisler farklı sektörlere hizmet vermiyorsa, idari ofis kullanımları ve sosyal tesislerin tüketimleri de sarfiyata dahil edilir. Un sektörü için ideal spesifik enerji tüketimi değerinin 60kWh/ton altında olması gerekmektedir. Bu değerin hesaplanması; yıllık ya da aylık bazda, kWh cinsinden harcanan elektrik enerjisi, ton cinsinden kırılan kirli buğday değerine bölünerek yapılır. Pnömatik fanların tek başlarına enerji tüketimlerinin analiz edilmesinde de benzer bir yöntem kullanılabilir. Bunun için saatte kırılan kirli buğday kapasitesi ton cinsinden hesaplanır. Fanların çektiği kW cinsinden güç, bir saatte kırılan ton cinsinden buğday miktarına bölünür. Genel olarak pnömatik fanlar için kurulu güç değerleri 10.5kW/ton/h seçilmektedir. Çekilen güç değerinin ise pnömatik fanlar için 8kW/ton/h altında olması beklenir. Bunun üzerindeki tüketimler gereksiz fan kapasitesi ya da diyagram problemlerinin varlığına işaret eder.

FANLARIN GEREĞİNDEN YÜKSEK ENERJİ TÜKETMESİNİN NEDENLERİ

Pnömatik fan kapasiteleri, diyagram tasarımı aşamasında seçilmektedir. Tüm fabrikaların tasarımında olduğu gibi fanlar seçilirken mutlaka bir miktar ilave kapasite eklenmektedir. Hesaplama ve mühendislik hataları sebebiyle ayrıca kapasite eklenir.  Fan ve diğer ekipmanların performansından duyulan endişeler ile iş ve işçiliğe olan güvensizlikler sebebiyle ayrıca kapasite eklenir. Tonaj dalgalanmalarına uyum için ilave kapasite eklenir. Sıcaklık, nem, rüzgâr hızı vb. çevresel şartları karşılamak için ilave kapasite eklenmektedir. Sonuçta yapılan tasarım, her zaman en kötü ve ekstrem şartlara göre olacaktır. Bazı tesislerde ise makinanın herhangi birinde yaşanan bir darboğaz sebebiyle üretim kapasitesi planlanan kapasitenin altına düşürülmektedir. Bu durumda doğru seçilen kapasiteler bile aşırı hale gelmektedir. Neticede yapılan tasarım ile gerçek çalışma koşulları arasındaki debi farkı fazla tüketim olarak ortaya çıkmaktadır. 

Ancak burada fazla tüketim kavramı, fanların doğası gereği anormal değerlere ulaşmaktadır. Çünkü fanların debisindeki artış enerji tüketiminin küpü olarak karşımıza çıkmaktadır. Daha açık olarak ifade etmek gerekirse, örneğin bir fan ihtiyacın %20 kadar üzerinde bir debi ile çalışıyorsa ve bu ihtiyaç fazlası debiyi fanın devrini düşürerek azaltsak, fanın çektiği enerji yarıya inecektir. Ancak bu olay sadece fan gibi basınçlı üreteçlerinde bulunmaktadır. Mesela bir taşıyıcı helezon vidasında devri azaltarak kapasiteyi %20 azaltırsak enerji tüketimde azalma %20 bile olmaz. Fanlar gereksiz tolerans ile çalışmamalıdır. Ancak belirmek gerekir ki personel aşırı fan kapasitesi ile çalışmayı sevmektedir. Bazı durumlarda boru tıkanıklıkları pnömatik ile ilgili değildir. Örneğin buğday tipi değiştiğinde vals topların ayarı buna uygun yapılamazsa, ürün önlere ya da arkaya yığılmaktadır. Bu durumda bazı borular boş giderken bazı boruların yükleri aşırı artmaktadır. Bu durumda borular ve elek pasajları tıkanmaktadır. Operatörler bu tür problemleri ayırt edemeyerek durumu pnömatik sistem ile ilişkilendirmektedirler. Bu olaylar da pnömatik siteminin aşırı kapasitede çalıştırılması talebini doğurmaktadır.

MEVCUT ÇÖZÜM YÖNTEMLERİ

Yukarda bahsedilen nedenlerle yüksek değerlere ulaşan pnömatik fan enerji tüketimlerini azaltmak için sektörde pnömatik fanlara sürücü takılması çözümü üretilmektedir. Takılan sürücülerin frekansı, el ile ayarlanarak enerji tasarrufu sağlanmaya çalışılmaktadır. Ancak bu yöntem büyük ölçüde hayal kırıklığına sebep olmaktadır. El ile yapılan frekans ayarında sistem düzgün çalışırken çok düşük frekanslara inilebilmektedir. Ancak oluşan ilk dalgalanmada borular tıkanmaktadır. Bunun üzerine frekans her seferinde bir aşama daha yükseltilmektedir. Sonuçta frekans 48-49Hz değerlerine kadar geri yükseltilmektedir. Bu frekanslarda da tasarruf olsa bile sürücünün sebep olduğu ilave enerji tüketimi ancak karşılanmaktadır. 

Burada yaşanan boru tıkanıklığı şöyle açıklanabilir. Pnömatik sistemde 1 kg ürünün taşınması için yine kg cinsinde ihtiyaç duyulan bir hava miktarı bulunmaktadır. Değirmende öğütülen ürün her zaman kütlesek olarak kg cinsinden ve nispeten sabit değerdedir. Ancak fanların ürettiği hava hacimsel olup m3 cinsindendir. Deniz seviyesinde 1m3 hava 1.2 kg gelmektedir. Ancak fanların ürettiği hava, ortam sıcaklığı, borulara giren ürün miktarı, ortamın bağıl nemi, çatıdan esen rüzgârın hızı, jet filtre torbalarının kirlik oranı gibi değerlere göre değişmektedir. Tüm bu çevresel şartlar sebebiyle 1m3 havanın ağırlığı 1.0 kg civarlarına düşmektedir. Tüm bunlara ilaveten eğer değirmenlere yeterli hava girişi sağlanamıyorsa, içerde hava yoğunluğu daha da azalarak vakum oluşmaktadır. Bu durumda makinalar sanki 8.000 m rakımda çalışır gibi performans kaybetmektedirler. Hava yoğunluğu 0.9 kg değerine doğru inebilmektedir. Bu durumda 1 kg ürünü taşıyacak ağırlıkta hava üretilememektedir. Bu durumda üretimde oluşan en ufak bir değişimde boruları çekmez hale gelmektedir. Bu sebeple fan hızı, en kötü senaryoda ürünü taşıyabilecek en yüksek değere geri alınmaktadır.

YAPAY ZEKÂ TABANLI JETMASTER FAN KONTROL SİSTEMİ


Yukarda bahsedilen ve normal şartlarda çözümü zor olan bu problemi yapay zekâ desteği ile çözen, sürücü parametrelerini el ile ayarlamak yerine anlık otomatik olarak ayarlayan, yeni nesil bir fan kontrol sistemi Türkiye’de bulunan büyük ölçekli değirmenlerde kullanılmaya başlamıştır. JETMASTER Teknoloji San Tic Ltd Şti  (www.jetmaster.com.tr) tarafından, sadece pnömatik fan kontrolü amacına özel geliştirilen bu cihaz, Ova Un, Alaybeyi Un, Özmen Un, Okyay Un gibi büyük tesislerde başarılı şekilde çalışmaktadır. 

Tabla 1. Jetmaster kurulmadan önce çalışma parametreleri

Tablo 2. Jetmaster kurulduktan sonra çalışma parametreleri.

Cihazın çalışma prensibi, borularda tıkanıklık olmaması kaydıyla, fan hızını mümkün olan en düşük devirde çalıştıracak şekilde sürücüye kumanda etmektir. Bu sayede kapasite değişimleri ya da çevresel şartlardaki değişimlere göre sürücü hızı otomatik olarak ayarlanmaktadır. Böylece pnömatik borulardaki tıkanma problemleri büyük ölçüde ortadan kaldırılmaktadır. Mümkün olan en düşük güç tüketimi ile fanların çalışması sağlanarak enerji tasarrufu sağlanmaktadır. Ova Un fabrikasında bulunan 6 adet 110kW pnömatik fanda JETMASTER Fan Kontrol Sistemi kullanılması ile elde edilen ve ICENTE’23 kongresinde paylaşılan veriler, Tablo 1 ve Tablo 2’de sunulmuştur. Tablo 1 sistem kurulmadan önceki, Tablo 2 ise sistem kurulduktan sonraki değerleri göstermektedir.

SONUÇ

Yapay zekâ tabanlı JETMASTER Fan Kontrol Sistemi kurulan Ova Un fabrikasında, pnömatik fanların enerji tüketimi %25 oranında azalarak 592kW değerinden 444kW değerine inmiştir. Enerji tasarrufuna ilaveten, ilk çalışmaya başlama, durma ve ara bekleme dönemlerine mükemmel uyum sağlayarak sorunsuz çalışma sağlanmıştır. Termik atma ve boru tıkanma problemleri önlenmiştir. Sistem, ihtiyaç fazlası kapasite kullanımını ortadan kaldırdığından, elde edilecek tasarruf tutarı işletmelere göre değişecektir.

YAZAR HAKKINDA

Dr. Nihat Çankaya, 1974 yılında Konya’da doğmuş- tur. Lisans, Yüksek Lisans ve Doktora eğitimini Elektr- ik-Elektronik Mühendisliği bölümünde tamamlamıştır. Yüksek lisans çalışmasını jet filtreler, doktora çalışmasını kontrol teorisi üzerine yapmıştır.

Değirmencilik mesleğinin 3. kuşak temsilcisi olan Dr. Nihat Çankaya, un, irmik ve makarna üreten fabrikalarda çeşitli pozisyonlarda çalışmış, İtalya, İsviçre, Fransa ve Almanya’da sektörün önemli firmalarında çeşitli projel- erde yer almıştır. Selva Makarna Teknik Müdürü olarak çalıştıktan sonra, halen Necmettin Erbakan Üniversite- si MMYO Değirmencilik Programı’nda öğretim elemanı olarak görev yapmaktadır. Necmettin Erbakan Üniversi- tesi Enerji Yönetimi Koordinatörü görevini de yürütme- ktedir. İlgili konularda çeşitli TÜBİTAK ve Ar-Ge projesi yürütücülükleri de bulunan Dr. Nihat Çankaya’nın çok sayıda akademik çalışması, SCI kapsamda makaleleri ile çeşitli patentleri bulunmaktadır. Dr. Nihat Çankaya, kurucusu olduğu Jetmaster Teknoloji şirketi ile yük- sek teknoloji ürünü ekipmanlar üreterek sektöre özel çözümler sunmaktadır.


*Desteklerinden dolayı Sn. Fatih Alaybeyi ve Sn. Mustafa Yapıcı ’ya teşekkür ederiz.

Makale Kategorisindeki Yazılar